(57)【要約】【課題】  主軸とワークの加工のため主軸に取り付けられる主軸工具とを備える工作機械において、主軸が主軸工具を食らい付いた状態のまま主軸の温度低下に起因して主軸工具の取外しが困難になる事態を回避することができる主軸工具の取扱い方法を提供する。【解決手段】  工作機械に備わる主軸の運転が停止し（Ｓ１で肯定）、機械の運転が停止し（Ｓ２で肯定）、所定時間経過するか否か判定される（Ｓ３）。所定時間経過した場合には主軸工具が主軸から取り外される（Ｓ６）。主軸の運転中に上昇した主軸スピンドルの温度は運転停止後に低下を開始するが、主軸の運転停止時間が所定時間を超えるような場合には主軸工具を主軸から取り外すので、主軸と工具のテーパ部のような結合部に熱収縮に起因した分離が困難になる程の食い込みの発生を未然に防止することができる。【選択図】        図１
2005230971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転される主軸、及び前記主軸に取り付けられるワークの加工のための主軸工具とを備える工作機械において、前記主軸の運転が停止した後所定時間経過したことに応答して前記主軸工具を前記主軸から取り外すことから成る主軸工具の取扱い方法。
【請求項２】
前記工作機械は複数の前記主軸工具を個別に収容可能な工具マガジンを備えており、前記主軸から取り外された前記主軸工具は前記工具マガジンの元の位置に返却されることから成る請求項１に記載の主軸工具の取扱い方法。
【請求項３】
前記主軸の運転が停止した後、前記工作機械の運転が停止したか否かを判定し、前記工作機械の運転の停止を更なる条件として、前記主軸工具の前記主軸からの取外しを行うことから成る請求項１に記載の主軸工具の取扱い方法。
【請求項４】
前記所定時間が経過したことに応答して、前記主軸工具の前記主軸からの取外しを警告することから成る請求項１に記載の主軸工具の取扱い方法。
【請求項５】
前記主軸工具の前記主軸からの取外しが前記工作機械の加工プログラムの実行途中である場合、前記主軸の再起動の際に、前記主軸から取り外された前記主軸工具を前記主軸に再度取り付けることから成る請求項１に記載の主軸工具の取扱い方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、マシニングセンター等の工作機械に適用される主軸工具の取扱い方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アームレス自動工具交換装置は、その名のとおり、マシニングセンターの重要な機能である工具交換の際に、自動工具交換装置（ＡＴＣ）のための特別なアームを用いることがなく、工具を咥えるべき主軸が直接ツールドラムから出し入れすることができる装置である。この場合、主軸内に組み込まれたドローバーによって、工具のアンクランプ（クランプ解除）動作を行い、なおかつ、工具を０．５ｍｍ〜０．８ｍｍの叩き代を使って、確実に主軸と工具のテーパを分離する機能を有している。
【０００３】
アームレス自動工具交換装置による工具交換の一例が図３に示されている。図３は、アームレス自動工具交換の一部を概略で示し、且つその作動態様を段階的に示す正面図である。図３（ａ）は、主軸工具を把持している主軸が工具戻し位置に戻した状態を示す図である。主軸工具１０は工具マガジン２０のツールドラム２１の周縁部に所定角度毎に隔置して支持されており、図ではその一部（二つの主軸工具１０，１１）のみが示されている。主軸工具１０に形成されているテーパ部１２は取り扱うすべての工具で同じ構造に設計されており、ツールドラム２１の周縁部で支持されているときにはテーパ部１２は上方向に向けられている。
【０００４】
主軸１は、主軸スリーブ２内において適宜の軸受によって回転自在に支持されており、先端部には主軸工具のテーパ部１２を収容可能なテーパ穴３が形成されている。主軸１は、図で占めている工具交換位置と図示しない加工位置との間で水平方向に移動可能である。主軸１は、また、工具交換位置においては図示されるように主軸工具の分離・把持のため、また加工位置では保持した主軸工具をワークに対して接近・離間させるために縦方向に昇降動作をすることもできる。主軸１のテーパ穴３は、主軸工具１０のテーパ部１２を受け入れ、主軸工具１０は、図示しないドローパー軸に連結されてばね等によって上方に付勢された状態でクランプされている。
【０００５】
図３（ａ）に示すように、工具交換位置においては、主軸１が降下することにより、主軸工具１０が所定の戻し位置に戻される。ドローパー軸との連結を解除し、単純なアンクランプ動作、又は適宜の手段で主軸１を叩く等をすることにより、主軸工具１０は主軸１のテーパ穴３から分離される。主軸工具１０を分離した主軸１は、図３（ｂ）に示すように、主軸１の先端が主軸工具１０のテーパ部１２の高さ以上に上昇する。次に、図３（ｃ）に示すように、工具マガジン２０が回転して（図では横方向へシフト）、次に把持すべき主軸工具１１が主軸１の昇降位置の軸線と合致する位置まで搬送される。最後に、図３（ｄ）に示すように、主軸１が降下して次の主軸工具１１を把持する。
【０００６】
マシニングセンターの加工工具として、広く且つ数多く使用されている７／２４テーパは、例えば、モールステーパのようにセルフロックすることはなく、縦型、横型マシニングセンターの例では、通常なら工具がアンクランプされた場合、工具は主軸から自由に落下することができる。しかしながら、現状の工作機械においては、数千回〜数万回に一度という極めて稀な頻度ではあるが、不定期にツールが主軸テーパに食い付く現象が発生していることが知られている。このような食付き現象が発生すると、ツールをアンクランプしようとするときにも、自然に落下することがないのは勿論のことツールを叩いても主軸から離脱不可能になる。このような事態になると、予め定められているＡＴＣの実行が阻害されることから、ツールグリッパー、ツールドラム等のツール交換装置に関する部品が破損するという問題点が生じている。
【０００７】
この工具離脱が不能となる現象は、その主軸工具をワークの連続加工に使用した直後の昼休み等の休憩時間に工作機械を停止し、主軸の運転停止が１０分以上継続した場合に発生していることも、よく知られている。このことから、この食付き現象の原因は、ワークの連続加工によって主軸ベアリングに発生した熱が主軸のテーパ穴を拡大させ、その拡大した分テーパに沿って主軸工具がテーパ穴内に引き込まれることになり、その後に主軸の運転が停止されることで主軸の強制冷却等によって主軸テーパ部が収縮し、その収縮がツールを強く咥え込むことにあると考えられている。
【０００８】
工作機械において、工具取り外し用のハンマー装置に簡単な機構を付加することにより、主軸に食い付いた工具を簡単に抜き取ることを図った主軸装置が提案されている（特許文献１参照）。この主軸装置においては、主軸を先端側に押し出し可能にする第１及び第２ピストンのような流体圧駆動部材が設けられており、検知部材がハンマー軸の押し出し状況を検知することで工具の主軸への食い付きを検知すると、第１ピストンによって押し出されているハンマー軸を第２ピストンにより主軸先端側に叩き出すことで、工具の食い込みを解除を図っている。
【０００９】
旋回可能な交換アームを備えたＡＴＣ付き工具機械において、主軸のテーパ穴に喰らい付いた工具を自動的に数回叩いて抜き取ることで、アラーム停止回数を減少させることを図った喰らい付き工具抜き取り装置が提案されている（特許文献２参照）。この喰らい付き工具抜き取り装置によれば、工具が主軸のテーパ穴に喰らい付いているときには、交換アームの旋回軸方向の移動が設定時間以上に阻止されることになるので、それを検出すると、ハンマー動作リトライ指令が出て、工具クランプ・アンクランプを設定回数繰り返して、喰らい付き工具を主軸のテーパ穴から開放する。
【００１０】
主軸テーパ穴に喰らい付いた工具に起因してＡＴＣが不能となり機械停止となるのを防止する喰らい付き工具抜き取り装置が提案されている（特許文献３参照）。この提案によれば、長時間の強力切削等が原因で、工具が主軸テーパ穴に喰らい付いて、工具交換アームで抜き取れなくなったとき、抜き取り時間比較部で遅れを検知してハンマーモータを一定時間駆動して、ハンマーで工具の鍔部を叩いて工具の喰らい付きを緩めている。工具が、この動作で緩まないときには、予め予定された回数だけハンマーリングを繰り返し、それでも緩まないときに、機械をアラーム停止としている。
【００１１】
カム駆動モータの負荷を工具交換アームの各動作毎に設定した制限負荷と比較することにより、カムの摩耗等の不具合を正確に検出することを図ったカム式工具交換装置が提案されている（特許文献４）。カム駆動モータで駆動されるカム軸には、回転運動を複数段の回動運動に変換する第１カムと、回転運動を往復運動に変換する第２カムとが設けられており、第１カムによって駆動される第１従動子と第２カムによって駆動される第２従動子との運動が運動伝達機構を介して工具交換アームに伝達される。工具交換アームに旋回運動と往復直線運動とが与えられて、主軸と工具交換位置との間で工具交換が行われる。カム駆動モータの負荷が制限負荷を超えると、警告信号が出力されるか、又は駆動モータが停止される。
【特許文献１】特開平２０００−９４２５５号公報（段落［００１０］〜［００１１］、図１，図２，図４）
【特許文献２】実開平５−８０６３８号公報（段落［００１０］〜［００１１］、図１）
【特許文献３】実開平５−７２３４２号公報（段落［００１０］〜［００１１］、図３，図５）
【特許文献４】特開平２００１−２３２５３２号公報（段落［００１０］〜［００１１］、図１，図２，図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このように、主軸工具によってワークの加工を行う工作機械においては、主軸工具の主軸からの取外しが確実に行われることが重要である。そこで、運転される主軸、及び前記主軸に取り付けられるワークの加工のための主軸工具とを備える工作機械において、主軸が主軸工具を食らい付いた状態のまま主軸の温度低下を放置することに起因して主軸工具の取外しが困難になる事態を回避する点で解決すべき課題がある。
【００１３】
この発明の目的は、昼休み休憩時のように工作機械の主軸の運転を一定期間以上にわたって停止するような場合に、主軸スピンドルの温度低下に起因して主軸工具が主軸に強く把持されることにより、主軸工具の主軸からの取り外しが極めて困難になってしまうのを回避し、ＡＴＣの実行を確保すると共に、ツールグリッパー、ツールドラム等のツール交換装置に関する部品が破損することを防止することができる主軸工具の取扱い方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するため、この発明による主軸工具の取扱い方法は、運転される主軸、及び前記主軸に取り付けられるワークの加工のための主軸工具とを備える工作機械において、前記主軸の運転が停止した後所定時間経過したことに応答して前記主軸工具を前記主軸から取り外すことから成っている。
【００１５】
この主軸工具の取扱い方法によれば、工作機械に備わる主軸の運転が停止し、その停止後所定時間経過したときには、その経過に応答して主軸工具が主軸から取り外される。主軸の運転中に上昇した主軸スピンドルの温度は運転停止後に低下を開始するが、主軸の運転停止時間が所定時間を超えるような場合には所定時間の経過に応答して緊急避難的に主軸工具を主軸から取り外してしまうので、主軸と工具のテーパ部のような結合部に熱収縮に起因した分離が困難になる程の食い込みが生じることがない。
【００１６】
この主軸工具の取扱い方法において、前記工作機械は複数の前記主軸工具を個別に収容可能な工具マガジンを備えており、前記主軸から取り外された前記主軸工具を前記工具マガジンの元の位置に返却することが好ましい。工作機械は複数の主軸工具を個別に収容可能な工具マガジンを備えており、工具マガジンからワークの加工に適した主軸工具を選択して主軸に取り付けて、工作機械を運転している。そこで、主軸の運転停止時間が所定時間を超える場合には、主軸工具を工具マガジンの元の位置に返却することにする。主軸工具をこのように取り扱うことにより、次の段階における主軸工具の選択に備えることができる。
【００１７】
この主軸工具の取扱い方法において、前記主軸の運転が停止した後、前記工作機械の運転が停止したか否かを判定し、前記工作機械の運転の停止を更なる条件として、前記主軸工具の前記主軸からの取外しを行うことができる。主軸工具の前記主軸からの取外し条件として工作機械の運転の停止を加えることにより、主軸が停止し工作機械も停止する場合に限って、主軸停止から所定時間経過後に主軸工具を主軸から取り外す。主軸が一時的な停止であって工作機械が運転状態を継続していたり或いは直ちに運転を再開する等の場合に、いつでも主軸の運転が再開される可能性があることに対応することができる。
【００１８】
この主軸工具の取扱い方法において、前記所定時間が経過したことに応答して、前記主軸工具の前記主軸からの取外しを警告することができる。主軸運転の停止から所定時間が経過したときに、主軸工具の主軸からの取外しを自動で行うことが好ましい。この場合、主軸工具の取外しや工具マガジンへの返却のための動作は、工作機械に携わる作業員にとって危険な動作と成り得る。したがって、主軸工具の主軸からの取外しを警告することで、作業員の安全を確かにすることができる。
【００１９】
この主軸工具の取扱い方法において、前記主軸工具の前記主軸からの取外しが前記工作機械の加工プログラムの実行途中である場合、前記主軸の再起動の際に、前記主軸から取り外された前記主軸工具を前記主軸に再度取り付けることができる。加工プログラムが実行完了の後において工作機械の起動やリスタートの際には、特定の主軸工具が用いられるということはなく、一般に、そのときのワークの加工に合わせた主軸工具の選択が行われる。しかし、工作機械の加工プログラムの実行途中に、主軸の運転停止が所定時間を超えた場合に主軸工具を取り外したときには、再度、当該主軸工具を用いた加工が行われることが想定される。したがって、この場合には、主軸の再起動の際に、主軸から取り外された当該主軸工具を主軸に再度取り付けることが機械の運転上効率的である。
【発明の効果】
【００２０】
この発明による主軸工具の取扱い方法は、上記のように、主軸の運転が停止した後所定時間経過したことに応答して主軸工具を主軸から取り外す処置を採るので、主軸の運転中に上昇した主軸スピンドルの温度が運転停止後に低下していっても、主軸の運転停止時間が所定時間を超えるような場合には、所定時間の経過に応答して主軸工具が主軸から取り外される。主軸と工具のテーパ部のような結合部に熱収縮に起因した分離が困難になる程の食い込みが生じることがなく、主軸工具を主軸から取り外すことが極めて困難になってしまうという事態を回避することができる。したがって、ＡＴＣの実行を確保することができると共に、ツールグリッパー、ツールドラム等のツール交換装置に関する部品が破損してしますことを未然に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付した図面に基づいて、この発明による主軸工具の取扱い方法に係る実施の形態を詳細に説明する。図１は、この発明による主軸工具の取扱い方法の一実施例を示すフローチャート、図２は図１に示すフローチャートの実行後に工作機械の運転再開を行うときの起動処理の一例を示すフローチャートである。
【００２２】
工場等において、工作機械の運転は常時監視されている。図１に示されている主軸ツール外し処理のフローチャートによれば、先ず、主軸が停止したか否かが判定される（ステップ１、「Ｓ１」と略す。以下同じ）。Ｓ１の判断で、主軸が回転していると判断される場合には、警告表示＆警告ブザーは解除（又は解除状態が継続、以下同じ）される（Ｓ７）。Ｓ１の判断で、主軸が停止していると判定される場合には、機械の運転が停止しているか否かが判定される（Ｓ２）。この判定で機械の運転が継続されていると判定される場合には、警告表示＆警告ブザーは解除される（Ｓ７）。Ｓ２の判定で、機械の運転が停止していると判定される場合には、主軸の停止が設定時間以上続いているか否かが判定される（Ｓ３）。主軸の停止が短時間で設定時間未満であれば、警告表示＆警告ブザーは解除される（Ｓ７）。
【００２３】
工場が昼休み等の休憩時間に入るなどして加工プログラムが途中で停止され、主軸が停止された状態で、Ｓ２の判定で、機械の運転の停止が設定時間以上続いていると判定される場合には、警告表示＆警告ブザーがオンとなり（Ｓ４）、作業員にその旨が報知される。次に、安全フェンスが閉状態にあるか否かが判定される（Ｓ５）。Ｓ５の判定で安全フェンスが閉状態にないと判定された場合には、Ｓ１に戻ってＳ１からの処理を繰り返す。Ｓ５の判定で安全フェンスが閉状態であると判定された場合には、工具を主軸から取り外す動作が実行される（Ｓ６）。この動作において、加工作業の途中で工具外しが行われたことが記憶され、戻し工具番号、即ち、工具マガジンに戻された主軸工具の番号が記憶される。
【００２４】
機械の起動は、一般には、加工プログラム先頭からのスタートとして行われているため、加工プログラムの先頭ではその加工に合わせた工具選択が実行されるようなプログラムが準備される。そのため、起動時に前加工の最後に使用した工具に自動的に戻す機能は不要である。また、プログラムのリスタートにおいても、リスタートに合わせたツール選択をリスタート時に実行時に行うのが、一般的になっている。本実施例では、起動時に前回自動的に主軸から外して工具マガジンに戻した工具を主軸に戻す機能が追加されている。この機能は、加工プログラム途中で機械を停止させて中断したときに再開できるようにするのに好都合である。この機能は、通常運用されないような中断からの継続運転再開のときのみに有用とされる機能である。
【００２５】
図２に示すフローチャートは、主軸の停止が所定時間を超えたときに工具の分離を行った後の工作機械の起動処理フローチャートである。まず、起動指令が出されているか否かが判定される（Ｓ１０）。Ｓ１０の判定が否である場合には、元に戻る。Ｓ１０の判定が肯定である場合には、工作機械の起動が可能か否かが判定される（Ｓ１１）。Ｓ１１での判定が否の場合には、元に戻る。Ｓ１１の判定で、工作機械の起動が可能な場合には、工具取り付けが有効か否かが判定される（Ｓ１２）。本フローチャート以外の処理において、加工開始時に「工具取り付け有効」状態として記憶し、加工完了または中止の時点で「工具取り付け無効」状態にする。こうすることで、Ｓ１２の判定で、加工の途中に自動的に戻された工具を再度主軸に装着すべきか、その必要がないかを切り換えることができる。Ｓ１２の判定で工具取り付けが有効でなければ、スキップしてＳ１５に移行し、所定の加工プログラムが起動する。工具取り付けが有効であれば、工具外しを記憶しているか否かを判定する（Ｓ１３）。Ｓ１３の判定で工具外しを記憶していないのであれば、スキップしてＳ１５に移行し、所定の加工プログラムが起動する。工具外しを記憶している場合には、工具取り付け動作を実行し（Ｓ１４）、前回停止するまで用いていた主軸工具を再度取り付ける。この場合、工具外しの記憶をオフにする。その後、Ｓ１５で工作機械の加工プログラムが起動され、同じ工具による加工が再開される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明による主軸工具の取扱い方法の一実施例を示すフローチャート。
【図２】図１に示すフローチャートの実行後に工作機械の運転再開を行うときの起動処理の一例を示すフローチャート。
【図３】アームレス自動工具交換の一部を概略で示し、且つその作動態様を段階的に示す正面図。
【符号の説明】
【００２７】
１  主軸
２  主軸スリーブ
３  テーパ穴
１０，１１  主軸工具
１２  テーパ部
２０  工具マガジン
２１  ツールドラム
【図１】
2005230971.tif 000003
【図２】
2005230971.tif 000004
【図３】
2005230971.tif 000005